咸阳三类强对流天气环境物理量指标研究

利用探空资料对2016—2020年咸阳市暖季（4—9月）雷暴大风、短时强降水和冰雹三类强对流天气发生的环境物理量特征进行分析,提炼强对流天气的关键物理量参数及预报指标。结果表明：（1）咸阳雷暴大风的高发期在4—5月,短时强降水和冰雹的高发期在6—8月,三类天气均主要出现在14—20时。（2）K指数、CAPE值、垂直风切变、0 ℃层高度和-20 ℃层高度均有明显的季节变化,相对高的0 ℃层高度、较厚的暖云层厚度以及相对小的中高层温度露点差可以区别短时强降水和其他两种强对流天气类型。（3）雷暴大风和冰雹发生时中低层一般表现出“上干下湿”的层结特征,雷暴大风的下沉对流有效位能相对较大,应超过120 J/kg。冰雹形成除了考虑较大的对流有效位能和深层垂直风切变外,还需要适宜的0 ℃层高度（39～51 km）。短时强降水要求“整层湿”,即500 hPa和850 hPa的温度露点差均较小,同时暖云层厚度应超过35 km。     

黔北一次深对流长寿命冰雹过程分析

对2004年4月22日黔北一次大冰雹过程与本地历史经典冰雹环境场作对比得出：（1）500hPa至地面均无经典冰雹的几种动力辐合对流系统，本例的主要触发和维持对流的动力因子在深厚的200～300hPa。中低层只是弱的动力条件和强的温、湿条件配合、无冷空气；本例冰雹历时长、雹源地及移动路径少见；（2）数值预报产品的T213500hPa高度场、850hPa水汽通量散度场、春季0se场各层的有关数值和典型的“Q”型图像有指示性预报。（3）近地层太阳辐射使气温6h陡增10℃，气温降雹前达30℃．当大气不能继续膨胀时，就成了这次冰雹的触发原因；（4）遵义新一代CINRAD／CD雷达从PPI、RHI、四幅平显、径向速度上，跟踪探测记录到本例在贵州山区特定的地形条件下所表现出的人字型、弱回波、长钉状、中气旋等降冰雹的典型特征。（5）假尖顶回波和导出产品HI实心大三角图像和VIL的高值特征可作为冰雹天气的有效预警工具。     

闽西南地区一次高架雷暴中尺度特征分析

利用常规观测资料、ERA5再分析资料、闪电定位仪资料、福建龙岩双偏振多普勒天气雷达资料,分析了2020年春季闽西南地区的一次强对流过程。结果表明,此次过程发生在地面锋线北侧冷区内,属于典型的高架雷暴过程,产生的灾害性天气包括冰雹、短时强降水、高山站雷雨大风。500 hPa冷平流、850 hPa暖湿平流、925 hPa闽西南地区的假相当位温高能舌为高架雷暴的发生发展提供了有利的环境条件。探空显示逆温层深厚且逆温层顶温度高,暖湿气流沿着锋面被强迫抬升,至逆温层之上饱和假相当位温随高度递减,存在显著的条件不稳定,对流得到快速发展。雷达分析表明,本次高架雷暴冰雹回波自低层快速倾斜向上发展,具有发展快、强度强、降雹时间长的特征。其双偏振参数演变特征与基于地面抬升的雷暴基本一致,降雹阶段表现为CC谷、Z_DR接近零、K_DP小于零。降雹前回波单体中存在强Z_DR和K_DP柱,可以作为冰雹预报的参考,提前量达到半小时。     

1950—2015年我国铁路气象及其衍生灾害特征分析

利用1964-2015年气象观测资料对河北廊坊冰雹天气的时空分布特征进行分析,并利用MICAPS资料、北京探空资料及多普勒雷达资料研究了廊坊冰雹日的天气形势、物理量特性及雷达回波特征。结果表明：廊坊冰雹日数整体呈下降趋势,20世纪80年代末至90年代初降雹达到高峰期。冰雹天气主要发生在1519时,多持续1～5 min。廊坊冰雹有明显的地域特征,西北部较多。降雹日500 hPa环流形势有4类,并对应3种地面形势。对预报冰雹天气有指导意义的物理量参数阈值为：冰雹开始前对流层中下层存在逆温层或等温层;对流参数SI指数或LI指数<0,中低层假相当位温随高度减小;0 ℃层高度多为3050～4702 gpm,-20 ℃层高度多为5996～8332 gpm,850 hPa与500 hPa温差为27～32 ℃,低层有大的垂直风切变,近地面925 hPa垂直风切变为5.5～15.0 m·s-1·km-1。此外,廊坊冰雹云回波有块状单体和飑线两种结构,回波中心强度普遍大于60 dBz,垂直结构上均有悬垂回波,速度场为逆风区或旋转速度>12 m·s-1的弱切变,VIL普遍大于35 kg·m-2,ET普遍大于11 km。     

2013年3月20日三明市大范围冰雹过程分析

利用常规观测资料、Micaps资料、三明市区域站加密资料以及多普勒雷达资料,对2013年3月20日三明市大范围冰雹大风过程进行诊断分析。结果表明：500hPa高空槽加深、南支槽东移、三层强劲西南急流、中低层的低涡切变及弱冷空气南下、地面锋面低槽等是该次冰雹过程的主要影响系统。冰雹的发生需要较强的垂直温度梯度t850-500≥25℃,上干下湿,冰雹的0℃层高度约3．5～4．3km左右,一20℃层约在7．0～7．8km左右,低层比湿q≥10g／kg。地面气象要素的剧烈变化对强天气的发生具有一定的指示意义。850hPaθse高能舌向降雹区输送不稳定能量,低层水汽充沛,地面冷空气南下渗透触发了不稳定能量的释放使得中尺度对流天气发生发展。该次冰雹过程强度强、范围大,对流回波（飑线）呈带状自西而东影响三明市。     

四川盆地南部边缘一次局地风雹天气的中尺度及雷达观测分析

利用中尺度天气图分析方法和雷达资料分析了2015年5月7日盆地南部边缘一次强风雹天气过程。结果表明:1)在有利的天气尺度系统影响下,高低空冷暖平流叠加区域和中低层干线和湿舌交汇区域是强对流天气发生的落区;2)雷达回波显示,强对流风暴具有弓形回波、穹窿、弱回波区等冰雹回波特征,中层径向辐合和反射率因子核心的反复上升下降对形成地面大风和冰雹具有重要的指示意义,降雹前后VIL的突变对冰雹的预警也有重要的预警作用;3)地面大风与地形的关系密切,地形对大风的形成有很好的促进作用。      

贵州春季强冰雹天气定量化概念模型研究及试应用分析

该文利用贵州近13 a(2000—2012年)春季的气象资料,依据强对流天气发生的动力条件和层结稳定情况,将贵州春季强冰雹事件进行不同类型的分类研究,给出贵州强冰雹天气发生的有利环流形势类型为:西北气流型、高空槽型、锋前降雹型和高架雷暴型。选取有多普勒雷达资料以来的2009—2013年的强冰雹天气事件个例,采用基数据回放方式研究其降雹前3~15 min雷达回波形态、结构和类型特征,并通过这些特征来有效识别冰雹云,发现降雹前冰雹落区附近的雷达回波组合反射率因子的强度普遍在40 d Bz以上,最强回波为50~60 d Bz,冰雹云回波以块状回波为主;在垂直剖面上冰雹云回波基本都有明显的回波悬垂,部分个例存在有界弱回波区,其大于40 d Bz的回波伸展高度多数都在9~10 km。降雹的回波基本上以孤立的对流云回波单体为主,混合降水类型的冰雹回波对流单体夹杂在层状云中。冰雹落区主要发生在组合反射率因子的最强回波中心,或是有界弱回波区或回波悬垂的回波墙下方。将研究结果在2014年3月30日的一次强冰雹过程中进行试用,利用中尺度环境分析技术,对当日环境场及要素配置进行分析,对应以上环流分型的概念模型方法,确定此次过程属于高空槽型,中尺度环境及雷达分析与上述归纳特征十分吻合,利用此方法在当日冰雹潜势预报及临近预警方面都提前做出了较好的预报预警。     

浙江省２月份连续降雹过程诊断

利用NCEP再分析资料、MICAPS常规资料、雷达产品等资料对浙江省2009年2月23—26日连续降雹天气过程进行了诊断分析。结果表明:此次连续降雹过程降雹区均出现在高低空急流轴交叉点南侧约1个纬度,底层辐合区;850 hPa较强的水汽辐合和湿舌为此次降对流过程提供了充沛的水汽条件,上干下湿结构使对流性不稳定增强,逆温层存在使大量不稳定能量储积起来,底层冷空气渗透触发强对流发生;Ic500-700指数对此次降雹过程有较好指示意义;2月份冰雹雷达回波特征有别于春、夏季冰雹回波特征,冬末春初冷空气势力仍较强,对流强度偏弱,回波顶高偏低,其三体散射特征不明显,VIL值较小。     

雷达回波顶高（ET）产品在广西冰雹云识别中的应用研究

利用广西2009至2012年降雹样本资料和新一代天气雷达回波顶高（ET）产品,对广西冰雹云回波顶高变化特征进行统计分析,结果显示广西冰雹云的ET整体呈现明显的阶段性变化特征,降雹时间和ET值达到最大值时间基本一致。冰雹云量化识别指标分别为：2月份回波顶高≥8km且回波顶高与0℃层高度差36.1km;3-4月份回波顶高≥10km且回波顶高与0℃层高度差≥6.1km;5月份回波顶高≥13且回波顶高与0℃层高度差38.1km。降雹直径与冰雹云ET值和特征层高度差值成正相关关系,可作为估计降雹直径的一个重要参考依据。     

“7.28”山西中部强对流天气的中尺度分析

利用常规观测资料、中尺度加密气象站资料以及卫星和雷达产品等资料,对2016年7月28日出现在山西中部的一次强对流天气进行综合分析。结果表明:此次强对流天气发生在低涡低槽后部西北气流控制的环流背景条件下;低层切变线、地面辐合线和干线是此次强对流天气的主要触发因素;较低层冷空气的渗透,使得大气层结不稳定度加大,促使垂直上升运动加强,为强对流天气的发展提供了有利条件。强对流发生前,850 h Pa存在明显的逆温层,有利于低层能量积累。对流层高低层湿位涡的正负垂直叠置,使大气对称不稳定性增强,强对流天气发生在湿位涡等值线前沿的湿位涡舌附近、冷暖空气交汇的区域。卫星云图上出现的椭圆形雹暴云团,是造成冰雹大风天气的主要中尺度系统。雷达回波强度图上出现的旁瓣回波和三体散射长钉是典型的冰雹特征,且较降雹时间提前约15~20 min,雷暴大风发生在弓形回波头部、强回波中心断裂处,强回波快速减弱对雷暴大风的发生具有指示意义;径向速度图上出现中等强度的中气旋以及中层明显的径向辐合有利于雷暴大风出现;回波顶高和垂直累积液态水含量(VIL)的跃增表明出现大冰雹的可能,VIL的快速降低也意味着出现雷暴大风的潜势较大。     

我国近30年龙卷风研究进展

从3方面总结了龙卷风研究成果:①研究概况,最初的龙卷风灾后调查到开展天气气候特征分析至近年来开展龙卷风本体结构、产生机制的探讨,获得了丰硕成果;②研究方法提高,从事实调查到利用统计方法,从利用台站常规观测资料到运用卫星、多普勒雷达、风廓线仪等非常规资料开展分析,近年数值模式WRF、ARPS等也被用来研究龙卷风,研究的方法手段不断得到改进;③龙卷风研究、预报面临的困难和未来展望。     

河西走廊农业区春季气溶胶光学特性

为研究干旱农业区农耕季节气溶胶的基本光学特性,2014年4月利用地面气溶胶移动集成系统在甘肃武威黄羊镇农场开展气溶胶综合观测试验。结果表明,河西走廊黄羊镇农场PM2.5和PM1.0的散射系数以及PM2.5的吸收系数分别为98.2±38.3、74.6±29和8.8±6.3 Mm-1,均小于中东部地区观测值。气溶胶单次散射反照率为0.90±0.03,PM2.5和PM1.0的Angstrom指数分别为1.31±0.29和2.10±0.24。散射系数和吸收系数的日变化具有明显的双峰特征,单次散射反照率在散射系数出现峰值的时间段出现谷值。黄羊镇农场受人为气溶胶影响较大,西、西南和东南方向来的气溶胶散射系数和吸收系数值较大,西北方向传输过来的气溶胶主要是农业生产活动产生的。     

武汉市气候变暖与极端天气事件变化的归因分析

根据武汉市1951—2007年间年平均、最高、最低气温与8类年极端天气日数的序列,计算分析其变化趋势及年平均气温与极端天气日数的相关性,引入格兰杰因果性检验法,探讨气候变暖与极端天气事件之间的因果关系。结果发现:(1)近57年来武汉市年平均最低气温增幅为0.45℃/10a,明显高于年平均最高气温0.19℃/10a的增幅,可见气候变暖主要是由夜间气温升高所致;(2)高温和闷热天气事件为增多趋势,其中闷热天气事件最明显,达到2.8 d/10a,而年雷暴、降雪、低温、大风、雾日则均为下降趋势,雷暴、雾和低温事件降幅明显,每10年减少3.0 d、4.0 d和2.1 d。大风和降雪事件,每10年减少1.8 d和1.5 d。暴雨事件波动幅度较小。(3)年平均气温与当年及超前、滞后1～2年的极端天气事件具有高相关性;(4)格兰杰因果性检验结果发现,气候变暖是闷热天气增多和降雪事件减少的原因,同时亦是大风和低温减少的结果。这种因果关系的存在对极端天气事件预测和预估有重要的价值。     

城市气象研究进展

中国数十年来在城市气象研究这一新兴学科领域开展了大量研究并获得了多方面的丰硕成果。文中从城市气象观测网与观测试验、城市气象多尺度模式、城市气象与大气环境相互影响、城市化对天气气候的影响等4个方面论述了城市气象的主要研究进展:中国各大城市已建立或正在完善具有多平台、多变量、多尺度、多重链接、多功能等特点的城市气象综合观测网;北京、南京、上海等地开展了大型城市气象观测科学试验,被世界气象组织列入研究示范项目;成功开展了风洞实验、缩尺度外场实验研究;建立了多尺度城市气象和空气质量预报数值模式,并应用于业务;在城市热岛效应、城市对降水影响、城市气象与城市规划、城市化对区域气候及空气质量的影响、城市气象与大气环境相互作用等研究领域取得长足进展。最后指出,未来需要重点从新观测技术及观测资料同化应用、城市系统模式研究、城市化对天气气候的影响机理、城市化对大气环境和人体健康的影响、城市水文气象气候与环境综合服务等方面开展科学研究与应用,为中国城市化、生态文明建设、防灾减灾和应对气候变化等国家需求提供科技支撑。      

Trends in Temperature Extremes in Association with Weather-Intraseasonal Fluctuations in Eastern China

Trends in the frequencies of four temperature extremes (the occurrence of warm days, cold days, warm nights and cold nights) with respect to a modulated annual cycle (MAC), and those associated exclusively with weather-intraseasonal fluctuations (WIF) in eastern China were investigated based on an updated homogenized daily maximum and minimum temperature dataset for 1960–2008. The Ensemble Empirical Mode Decomposition (EEMD) method was used to isolate the WIF, MAC, and longer-term components from the temperature series. The annual, winter and summer occurrences of warm (cold) nights were found to have increased (decreased) significantly almost everywhere, while those of warm (cold) days have increased (decreased) in northern China (north of 40°N). However, the four temperature extremes associated exclusively with WIF for winter have decreased almost everywhere, while those for summer have decreased in the north but increased in the south. These characteristics agree with changes in the amplitude of WIF. In particular, winter WIF of maximum temperature tended to weaken almost everywhere, especially in eastern coastal areas (by 10%–20%); summer WIF tended to intensify in southern China by 10%–20%. It is notable that in northern China, the occurrence of warm days has increased, even where that associated with WIF has decreased significantly. This suggests that the recent increasing frequency of warm extremes is due to a considerable rise in the mean temperature level, which surpasses the effect of the weakening weather fluctuations in northern China.     

Changes in polar amplification in response to increasing warming in CMIP6

由于全球变暖,极地地区的气候经历了明显的变暖放大.在本项研究中,我们根据CMIP6模式的三种变暖情景(SSP1-2,6,SSP2-4.5和SSP5-8.5)下,极地放大变化对各个反馈机制(包括普朗克,温度递减率,云,水蒸气,反照率反馈,CO2强迫,海洋热吸收和大气热传输)的响应进行了分析.结果表明,通过用“辐射核”方法量化不同反馈机制对地表温度的增温贡献,北极放大(AA)强于南极放大(ANA),由温度递减率反馈主导,其次是反照率和普朗克反馈.此外,海洋的热吸收导致冬季比夏季有更强的极地变暖.在冬季,温度递减率反馈主导了AA大于ANA.AA和ANA的模式间差异随着全球变暖的增强而减小.     

我国东部地区冬季模式边界层探空效果评估

应用中尺度气象模式MM5对2006年和2007年12月东部地区进行逐日模拟,并用地面常规观测资料及南京和安庆12h一次的逐日探空资料对模拟的地面及边界层内气象要素进行检验,计算地面和边界层内不同高度的温度、湿度、风向和风速等要素的多种常用统计参数;并分别评估雾发生前和发生时边界层探空的模拟效果。结果表明:(1)MM5模式模拟的地面温度和湿度均较理想,但风速误差较大。温度、相对湿度、风速的观测与模拟的偏差概率分布均呈近正态分布,峰值中心分别为-1.52℃、4.59%和1.92m·s-1,白天模拟效果优于夜间。(2)以南京、安庆两站为例,模拟的08:00(北京时,下同)和20:00边界层内探空基本可靠,但20:00的效果比08:00好;模拟效果均随高度上升而变好;且南京站边界层内温度、湿度的模拟效果优于安庆站,但安庆站风的模拟效果优于南京站。(3)以南京站为例,雾发生前和发生时温度、湿度模拟效果较平均情况差,风速模拟较其他模拟时段无明显变化。(4)南京、安庆冬季近地层逆温发生频率都比较高,常见多层逆温,MM5模式能再现近地层逆温,但有高估的倾向,且对边界层中上部逆温模拟效果不佳。此外,敏感性试验的结果表明,模拟方案中地面负的温度偏差不是由近地层高垂直分辨率所致。     

夏季全国降水EOF展开与黑龙江省降水的关系

用EOF对全国160个站夏季降水展开，取前5个特征向量进行分析，发现全国主要有4种雨型分布，依次呈“＋－＋”、“＋－”、“－＋－”、“－“型。与黑龙江省降为第1种，即东北区及黄河下游多雨，江浪少雨， 长江中下游流域多雨；夏末雨带南退至长江以南，华南多雨，而中国中部为广大的少雨区。     

Recent advances in monsoon studies in China

This review provides a synopsis of the major progress that has been made in monsoon studies in China and to further bridge the gap between the Chinese and international meteorological community. It consists of seven major sections. After the introduction, the second section begins with the global monsoon systems and their seasonal variation, based on some new methods proposed in recent years. Besides, some major intraseasonal features of East Asian monsoon, including the onset of South China Sea summer monsoon are discussed. In the third section, we review the interactions between ENSO and the East Asian monsoon, focusing in particular on the results of Chinese meteorologists that indicate the influence of ENSO on the East Asian summer monsoon(EASM) is obviously different from that on the tropical monsoon. Besides the tropical Pacific,other ocean basins, such as the Indian Ocean and the Atlantic Ocean, are also important to the East Asian monsoon, and this topic is discussed in the fourth section. In the fifth section, we address the role of land surface processes in East Asian monsoon. For example, we describe work that has shown more snow cover in spring on the Tibetan Plateau is followed by a weakened EASM and more summer rainfall in the Yangtze River valleys. The sixth section focuses on the influence of atmospheric circulation in the Southern Hemisphere(SH) on EASM, demonstrating how the signal from the SH is likely to provide new clues for the seasonal forecasting of summer rainfall in China. Finally, in the seventh section, we concentrate on the interdecadal variations of EASM. In particular, we look at a significant interdecadal variation that occurred at the end of the 1970 s, and how our understanding of this feature could affect forecasting ability.     

Quantile Trends in Temperature Extremes in China

A number of recent studies have examined trends in extreme temperature indices using a linear regression model based on ordinary least-squares. In this study, quantile regression was, for the first time, applied to examine the trends not only in the mean but also in all parts of the distribution of several extreme temperature indices in China for the period 1960-2008. For China as a whole, the slopes in almost all the quantiles of the distribution showed a notable increase in the numbers of warm days and warm nights, and a significant decrease in the number of cool nights. These changes became much fas- ter as the quantile increased. However, although the number of cool days exhibited a significant decrease in the mean trend estimated by classical linear regression, there was no obvious trend in the upper and lower quantiles. This finding suggests that examining the trends in different parts of the distribution of the time-series is of great importance. The spatial distribution of the trend in the 90th quantile indicated that there was a pronounced increase in the numbers of warm days and warm nights, and a decrease in the number of cool nights for most of China, but especially in the northern and western parts of China, while there was no significant change for the number of cool days at almost all the stations.